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  <title>《MySQL45讲》读书笔记(二)：日志的文件是如何保证不丢失的 | Createsequence's Blog</title>
  








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    <div class="post-body" itemprop="articleBody">

      
      

      
        <blockquote>
<p>此文为极客时间：MySQL实战45讲的23节日志相关部分的学习总结</p>
</blockquote>
<h2 id="一-持久化的过程">一、持久化的过程</h2>
<p>从总的来看，日志一般分为两部分：内存中<strong>易遗失的缓存日志</strong>和磁盘上<strong>持久化的日志文件</strong>。</p>
<p>一次事务中，日志<strong>先被写入内存</strong>，存放在 cache/buffer 中，然后事务结束以后准备持久化：<strong>先写入磁盘的 page cache 中，这个过程叫做 write</strong> ，他仍然是内存操作，只不过从 mysql 的内存去了操作系统的内存，所以比较快；<strong>然后再调用操作系统的方法来写入磁盘，这个过程叫做 fsync ，是真正的持久化过程</strong>，比较耗费时间。</p>
<p>这个过程，我们可以简单的理解为下图：</p>
<figure>
<img src="http://img.xiajibagao.top/image-20201116192502318.png" alt="日志的持久化过程"><figcaption aria-hidden="true">日志的持久化过程</figcaption>
</figure>
<p>基于以上的概念，我们了解一下 binlog 和 redo log 的持久化策略。</p>
<h2 id="二-binlog-的持久化">二、binlog 的持久化</h2>
<h3 id="1文件结构">1.文件结构</h3>
<p>系统给 binlog cache 分配了一片内存，<strong>每个线程独享一块内存</strong>，参数 <code>binlog_cache_size</code> 用于控制单个线程内 binlog cache 所占内存的大小。如果超过了这个参数规定的大小，就要暂存到磁盘。</p>
<figure>
<img src="http://img.xiajibagao.top/image-20201116172850486.png" alt="binlog 写盘状态"><figcaption aria-hidden="true">binlog 写盘状态</figcaption>
</figure>
<p>每个线程有自己 binlog cache，但是共用同一份 binlog 文件。这样是因为 binlog 的执行是不允许打断的，事务必须完成后完整的写入日志，不能也不允许出现像 redo log 那样两阶段提交只完成了一个阶段就能刷盘的情况。</p>
<h3 id="2刷盘策略">2.刷盘策略</h3>
<p>当事务执行的时候，会<strong>先把日志写到内存里的 binlog cache 中，然后事务提交以后再调用 fsync 写入磁盘的 log file 上</strong>。由于一个事务的 binlog 不能拆开，因此每次写入都代表一次事务提交。</p>
<ul>
<li>图中的 write，指的就是指把日志写入到文件系统的 page cache，并没有把数据持久化到磁盘，所以速度比较快。</li>
<li>图中的 fsync，才是将数据持久化到磁盘的操作。一般情况下，我们认为 fsync() 才占磁盘的 IOPS。</li>
</ul>
<p>write 和 fsync 的时机，是由参数 <code>sync_binlog</code> 控制的：</p>
<ol type="1">
<li>sync_binlog=0 的时候，表示每次提交事务都<strong>只 write，不 fsync</strong>；</li>
<li>sync_binlog=1 的时候，表示每次提交事务<strong>都会执行 fsync</strong>；</li>
<li>sync_binlog=N(N&gt;1) 的时候，表示<strong>每次提交事务都 write，但累积 N 个事务后才 fsync</strong>。</li>
</ol>
<p>因此，在出现 IO 瓶颈的场景里，将 sync_binlog 设置成一个比较大的值，可以提升性能。在实际的业务场景中，考虑到丢失日志量的可控性，一般不建议将这个参数设成 0，比较常见的是将其设置为 100~1000 中的某个数值。</p>
<p>但是，将 sync_binlog 设置为 N，对应的风险是：如果主机发生异常重启，会丢失最近 N 个事务的 binlog 日志。</p>
<h2 id="三-redo-log-的持久化">三、redo log 的持久化</h2>
<h3 id="1刷盘策略">1.刷盘策略</h3>
<p>和 binlog 相同，在事务未提交前，生成的日志也会先放在内存，不过不同于 <strong>binlog 存放在 binlog cache，redo log 存放在了 redo log buffer</strong>。</p>
<p>在 mysql 的运行过程中，redo log 的数据可能存在三种状态：</p>
<figure>
<img src="http://img.xiajibagao.top/image-20201116175630245.png" alt="image-20201116175630245"><figcaption aria-hidden="true">image-20201116175630245</figcaption>
</figure>
<p>这三种状态分别是：</p>
<ol type="1">
<li>红色：存在 redo log buffer 中，物理上是在 MySQL 进程内存中，就是图中的红色部分；</li>
<li>黄色：写到磁盘 (write)，但是没有持久化（fsync)，物理上是在文件系统的 page cache 里面，也就是图中的黄色部分；</li>
<li>绿色：持久化到磁盘，对应的是 hard disk，也就是图中的绿色部分。</li>
</ol>
<p>为了控制 redo log 的写入策略，InnoDB 提供了 innodb_flush_log_at_trx_commit 参数，它有三种可能取值：</p>
<ol type="1">
<li>设置为 0 的时候，表示每次事务提交时都<strong>只是把 redo log 留在 redo log buffer 中</strong> ;</li>
<li>设置为 1 的时候，表示每次事务提交时<strong>都将 redo log 直接持久化到磁盘</strong>；</li>
<li>设置为 2 的时候，表示每次事务提交时都<strong>只是把 redo log 写到 page cache，由后台线程一秒sync一次</strong>。</li>
</ol>
<p>一般情况下，不建议设置为0，如果需要的话可以设置为2，因为实际上 redo log 写到 page cache 也很快，而且只留在 redo log buffer 中风险太大，万一数据库崩溃就没法起到重做的效果了。</p>
<h3 id="2未提交事务写入磁盘的情况">2.未提交事务写入磁盘的情况</h3>
<p>正如前文提到的，innodb 有一个两阶段提交机制，因此在事务未提交的时候，日志是有可能直接在 prepare 阶段就被 write 的：</p>
<ol type="1">
<li>InnoDB 有一个后台线程，<strong>每隔 1 秒，就会把 redo log buffer 中的日志刷盘</strong>；</li>
<li>redo log buffer 占<strong>用的空间即将达到 innodb_log_buffer_size 一半</strong>的时候，后台线程会主动刷盘；</li>
<li><strong>并发事务提交</strong>的时候，先提交的那个事务会将 redo log buffer 中的日志全部刷盘。这个行为取决于 <code>innodb_flush_log_at_trx_commit</code> 参数，<strong>当该参数为 1 的时候，就会发生这种情况</strong>。</li>
</ol>
<p>由于当数据库崩溃后一个事务要同时有 prepare 阶段的 redo log 和 binlog 的记录才会被重做，因此一般情况下，我们会同时设置 <code>sync_binlog</code> 和 <code>innodb_flush_log_at_trx_commit</code> 参数为1，也就是一次事务刷两次盘： binlog 一次，redo log 一次。</p>
<h3 id="3-组提交">3. 组提交</h3>
<p>按照上文的逻辑，当设置“双1”配置的时候，实际上要刷盘的次数就会两倍与看到的 TPS，但是事实并非如此。</p>
<p>当事务提交的时候，会通过<strong>日志逻辑序列号（LSN）</strong>来记录一条日志的长度，通过日志的长度确定事务的起始点和结束点。</p>
<p>假如我们现在有三个日志等待提交：</p>
<figure>
<img src="http://img.xiajibagao.top/image-20201116200506743.png" alt="image-20201116200506743"><figcaption aria-hidden="true">image-20201116200506743</figcaption>
</figure>
<figure>
<img src="http://img.xiajibagao.top/image-20201116200520213.png" alt="image-20201116200520213"><figcaption aria-hidden="true">image-20201116200520213</figcaption>
</figure>
<figure>
<img src="http://img.xiajibagao.top/image-20201116200601118.png" alt="image-20201116200601118"><figcaption aria-hidden="true">image-20201116200601118</figcaption>
</figure>
<p>以上三张图就是三个事务的提交过程。我们可以看到：</p>
<ul>
<li>trx1 是第一个到达的，会被选为这组的 leader；</li>
<li>等 trx1 要开始写盘的时候，这个组里面已经有了三个事务，这时候 LSN 也变成了 160；</li>
<li>trx1 去写盘的时候，<strong>带的就是 LSN=160</strong>，因此等 trx1 返回时，所有 LSN 小于等于 160 的 redo log，都已经被持久化到磁盘；</li>
<li>这时候 trx2 和 trx3 就可以直接返回了。</li>
</ul>
<p>所以，<strong>一次组提交里面，组员越多</strong>，节约磁盘 IOPS 的效果越好。但如果只有单线程压测，那就只能老老实实地一个事务对应一次持久化操作了。</p>
<p>在并发更新场景下，第一个事务写完 redo log buffer 以后，接下来这个 fsync 越晚调用，组员可能越多，节约 IOPS 的效果就越好。为此，mysql 在两阶段提交做了一个优化：</p>
<figure>
<img src="http://img.xiajibagao.top/image-20201116200841655.png" alt="image-20201116200841655"><figcaption aria-hidden="true">image-20201116200841655</figcaption>
</figure>
<p>我们可以看到，<strong>在 redo log 一阶段提交的时候，并没有在 write 完以后立刻就调用 fsync 刷盘，而是等到 binlog 的 write 结束以后才刷盘；binlog 则等 redo log 一阶段刷盘以后才刷盘</strong>，因此可以减少 IOPS 的消耗。</p>
<p>不过通常情况下第 3 步执行得会很快，所以 binlog 的 write 和 fsync 间的间隔时间短，导致能集合到一起持久化的 binlog 比较少，因此 binlog 的组提交的效果通常不如 redo log 的效果那么好。</p>
<p>如果你<strong>想提升 binlog 组提交的效果</strong>，可以通过设置 binlog_group_commit_sync_delay 和 binlog_group_commit_sync_no_delay_count 来实现。</p>
<ol type="1">
<li><code>binlog_group_commit_sync_delay</code> 参数，表示延迟多少微秒后才调用 fsync;</li>
<li><code>binlog_group_commit_sync_no_delay_count</code> 参数，表示累积多少次以后才调用 fsync。</li>
</ol>
<p>这两个条件是或的关系，也就是说<strong>只要有一个满足条件就会调用 fsync</strong>。</p>
<p>所以，当 <code>binlog_group_commit_sync_delay</code> 设置为 0 的时候，<code>binlog_group_commit_sync_no_delay_count</code> 也无效了。</p>
<h3 id="4-redo-log-提交策略的选择">4. redo log 提交策略的选择</h3>
<p>适当的刷盘策略可以降低 IO 带来的性能压力。结合以上的内容，我们可以有以下三种策略：</p>
<ol type="1">
<li>增大<code>binlog_group_commit_sync_no_delay_count</code>和<code>binlog_group_commit_sync_delay</code> 参数，减少 binlog 刷盘次数，提高组提交的效果，但是这样虽然不会丢失数据，却会增加响应的时间；</li>
<li>增大 <code>sync_binlog</code> ，但是这样万一数据库崩溃会丢失 binlog 日志；</li>
<li>将<code>innodb_flush_log_at_trx_commit</code> 设置为 2，但是这样数据库崩溃会丢失数据，无法重做。</li>
</ol>
<h2 id="四-总结">四、总结</h2>
<p><strong>持久化过程</strong></p>
<p>日志的持久化分为三步：</p>
<ul>
<li>写入内存里的 buffer/cache 中，此时仍然归于 mysql 进程；</li>
<li>从内存写入操作系统的 page cache，此操作为 write；</li>
<li>从 page cache 持久化到磁盘，此操作为 fsync，是真正持久化；</li>
</ul>
<p><strong>日志文件结构</strong></p>
<p>所有线程持久化同一个 binlog 日志文件，但是每个线程都有自己的 binlog cache，这是因为 binlog 必须保证每一次写入都是完整的事务。而 redo log 存在两阶段提交，并且需要 prepare 阶段的 redo log 来重做，所以允许未提交的事务被 write，因此线程共享一个 redo log buffer 和 redo log 日志文件。</p>
<p><strong>刷盘策略</strong></p>
<p>binlog 无论 <code>sync_binlog</code>参数怎么设置，都必须要 write：</p>
<ol type="1">
<li>sync_binlog=0 的时候，表示每次提交事务都<strong>只 write，不 fsync</strong>；</li>
<li>sync_binlog=1 的时候，表示每次提交事务<strong>都会执行 fsync</strong>；</li>
<li>sync_binlog=N(N&gt;1) 的时候，表示<strong>每次提交事务都 write，但累积 N 个事务后才 fsync</strong>。</li>
</ol>
<p>redo log 通过 <code>innodb_flush_log_at_trx_commit</code> 参数控制：</p>
<ol type="1">
<li>设置为 0 的时候，表示每次事务提交时都<strong>只是把 redo log 留在 redo log buffer 中</strong> ;</li>
<li>设置为 1 的时候，表示每次事务提交时<strong>都将 redo log 直接持久化到磁盘</strong>；</li>
<li>设置为 2 的时候，表示每次事务提交时都<strong>只是把 redo log 写到 page cache</strong>。</li>
</ol>
<p><strong>组提交</strong></p>
<p>mysql 通过日志逻辑序列号（LSN）去根据事务数据长度来记录事务在日志中的开始和结束位置。因此，假如有三个并发事务先后准备写入，第一个被 fsync 的日志可以作为 leader，直接携带从一号到三号事务的 LSN 去刷盘，这样后两个事务就不必再单独刷盘，减少的写磁盘的次数。</p>
<p>针对组提交，二阶段提交进行了优化，redo log 的 write 以后，会等到 binlog 的 wirte 后才调用 fsync，binlog 再等 redo log 的 fsync 完成后才进行 fsync。不过由于时间太短， binlog 的组提交效果不显著，可以通过增大：</p>
<ol type="1">
<li><code>binlog_group_commit_sync_delay</code> 参数，表示延迟多少微秒后才调用 fsync;</li>
<li><code>binlog_group_commit_sync_no_delay_count</code> 参数，表示累积多少次以后才调用 fsync。</li>
</ol>
<p>两个参数来提高组提交效率，不过这样会降低语句的响应时间。</p>

      
    </div>
    
    
    

    

    

    

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    <i class="fa fa-user"></i>
  </span>
  <span class="author" itemprop="copyrightHolder">Createsequence</span>

  
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    var search_path = "search.xml";
    if (search_path.length === 0) {
      search_path = "search.xml";
    } else if (/json$/i.test(search_path)) {
      isXml = false;
    }
    var path = "/" + search_path;
    // monitor main search box;

    var onPopupClose = function (e) {
      $('.popup').hide();
      $('#local-search-input').val('');
      $('.search-result-list').remove();
      $('#no-result').remove();
      $(".local-search-pop-overlay").remove();
      $('body').css('overflow', '');
    }

    function proceedsearch() {
      $("body")
        .append('<div class="search-popup-overlay local-search-pop-overlay"></div>')
        .css('overflow', 'hidden');
      $('.search-popup-overlay').click(onPopupClose);
      $('.popup').toggle();
      var $localSearchInput = $('#local-search-input');
      $localSearchInput.attr("autocapitalize", "none");
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    }

    // search function;
    var searchFunc = function(path, search_id, content_id) {
      'use strict';

      // start loading animation
      $("body")
        .append('<div class="search-popup-overlay local-search-pop-overlay">' +
          '<div id="search-loading-icon">' +
          '<i class="fa fa-spinner fa-pulse fa-5x fa-fw"></i>' +
          '</div>' +
          '</div>')
        .css('overflow', 'hidden');
      $("#search-loading-icon").css('margin', '20% auto 0 auto').css('text-align', 'center');

      $.ajax({
        url: path,
        dataType: isXml ? "xml" : "json",
        async: true,
        success: function(res) {
          // get the contents from search data
          isfetched = true;
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          var datas = isXml ? $("entry", res).map(function() {
            return {
              title: $("title", this).text(),
              content: $("content",this).text(),
              url: $("url" , this).text()
            };
          }).get() : res;
          var input = document.getElementById(search_id);
          var resultContent = document.getElementById(content_id);
          var inputEventFunction = function() {
            var searchText = input.value.trim().toLowerCase();
            var keywords = searchText.split(/[\s\-]+/);
            if (keywords.length > 1) {
              keywords.push(searchText);
            }
            var resultItems = [];
            if (searchText.length > 0) {
              // perform local searching
              datas.forEach(function(data) {
                var isMatch = false;
                var hitCount = 0;
                var searchTextCount = 0;
                var title = data.title.trim();
                var titleInLowerCase = title.toLowerCase();
                var content = data.content.trim().replace(/<[^>]+>/g,"");
                var contentInLowerCase = content.toLowerCase();
                var articleUrl = decodeURIComponent(data.url);
                var indexOfTitle = [];
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                // only match articles with not empty titles
                if(title != '') {
                  keywords.forEach(function(keyword) {
                    function getIndexByWord(word, text, caseSensitive) {
                      var wordLen = word.length;
                      if (wordLen === 0) {
                        return [];
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                      var startPosition = 0, position = [], index = [];
                      if (!caseSensitive) {
                        text = text.toLowerCase();
                        word = word.toLowerCase();
                      }
                      while ((position = text.indexOf(word, startPosition)) > -1) {
                        index.push({position: position, word: word});
                        startPosition = position + wordLen;
                      }
                      return index;
                    }

                    indexOfTitle = indexOfTitle.concat(getIndexByWord(keyword, titleInLowerCase, false));
                    indexOfContent = indexOfContent.concat(getIndexByWord(keyword, contentInLowerCase, false));
                  });
                  if (indexOfTitle.length > 0 || indexOfContent.length > 0) {
                    isMatch = true;
                    hitCount = indexOfTitle.length + indexOfContent.length;
                  }
                }

                // show search results

                if (isMatch) {
                  // sort index by position of keyword

                  [indexOfTitle, indexOfContent].forEach(function (index) {
                    index.sort(function (itemLeft, itemRight) {
                      if (itemRight.position !== itemLeft.position) {
                        return itemRight.position - itemLeft.position;
                      } else {
                        return itemLeft.word.length - itemRight.word.length;
                      }
                    });
                  });

                  // merge hits into slices

                  function mergeIntoSlice(text, start, end, index) {
                    var item = index[index.length - 1];
                    var position = item.position;
                    var word = item.word;
                    var hits = [];
                    var searchTextCountInSlice = 0;
                    while (position + word.length <= end && index.length != 0) {
                      if (word === searchText) {
                        searchTextCountInSlice++;
                      }
                      hits.push({position: position, length: word.length});
                      var wordEnd = position + word.length;

                      // move to next position of hit

                      index.pop();
                      while (index.length != 0) {
                        item = index[index.length - 1];
                        position = item.position;
                        word = item.word;
                        if (wordEnd > position) {
                          index.pop();
                        } else {
                          break;
                        }
                      }
                    }
                    searchTextCount += searchTextCountInSlice;
                    return {
                      hits: hits,
                      start: start,
                      end: end,
                      searchTextCount: searchTextCountInSlice
                    };
                  }

                  var slicesOfTitle = [];
                  if (indexOfTitle.length != 0) {
                    slicesOfTitle.push(mergeIntoSlice(title, 0, title.length, indexOfTitle));
                  }

                  var slicesOfContent = [];
                  while (indexOfContent.length != 0) {
                    var item = indexOfContent[indexOfContent.length - 1];
                    var position = item.position;
                    var word = item.word;
                    // cut out 100 characters
                    var start = position - 20;
                    var end = position + 80;
                    if(start < 0){
                      start = 0;
                    }
                    if (end < position + word.length) {
                      end = position + word.length;
                    }
                    if(end > content.length){
                      end = content.length;
                    }
                    slicesOfContent.push(mergeIntoSlice(content, start, end, indexOfContent));
                  }

                  // sort slices in content by search text's count and hits' count

                  slicesOfContent.sort(function (sliceLeft, sliceRight) {
                    if (sliceLeft.searchTextCount !== sliceRight.searchTextCount) {
                      return sliceRight.searchTextCount - sliceLeft.searchTextCount;
                    } else if (sliceLeft.hits.length !== sliceRight.hits.length) {
                      return sliceRight.hits.length - sliceLeft.hits.length;
                    } else {
                      return sliceLeft.start - sliceRight.start;
                    }
                  });

                  // select top N slices in content

                  var upperBound = parseInt('1');
                  if (upperBound >= 0) {
                    slicesOfContent = slicesOfContent.slice(0, upperBound);
                  }

                  // highlight title and content

                  function highlightKeyword(text, slice) {
                    var result = '';
                    var prevEnd = slice.start;
                    slice.hits.forEach(function (hit) {
                      result += text.substring(prevEnd, hit.position);
                      var end = hit.position + hit.length;
                      result += '<b class="search-keyword">' + text.substring(hit.position, end) + '</b>';
                      prevEnd = end;
                    });
                    result += text.substring(prevEnd, slice.end);
                    return result;
                  }

                  var resultItem = '';

                  if (slicesOfTitle.length != 0) {
                    resultItem += "<li><a href='" + articleUrl + "' class='search-result-title'>" + highlightKeyword(title, slicesOfTitle[0]) + "</a>";
                  } else {
                    resultItem += "<li><a href='" + articleUrl + "' class='search-result-title'>" + title + "</a>";
                  }

                  slicesOfContent.forEach(function (slice) {
                    resultItem += "<a href='" + articleUrl + "'>" +
                      "<p class=\"search-result\">" + highlightKeyword(content, slice) +
                      "...</p>" + "</a>";
                  });

                  resultItem += "</li>";
                  resultItems.push({
                    item: resultItem,
                    searchTextCount: searchTextCount,
                    hitCount: hitCount,
                    id: resultItems.length
                  });
                }
              })
            };
            if (keywords.length === 1 && keywords[0] === "") {
              resultContent.innerHTML = '<div id="no-result"><i class="fa fa-search fa-5x" /></div>'
            } else if (resultItems.length === 0) {
              resultContent.innerHTML = '<div id="no-result"><i class="fa fa-frown-o fa-5x" /></div>'
            } else {
              resultItems.sort(function (resultLeft, resultRight) {
                if (resultLeft.searchTextCount !== resultRight.searchTextCount) {
                  return resultRight.searchTextCount - resultLeft.searchTextCount;
                } else if (resultLeft.hitCount !== resultRight.hitCount) {
                  return resultRight.hitCount - resultLeft.hitCount;
                } else {
                  return resultRight.id - resultLeft.id;
                }
              });
              var searchResultList = '<ul class=\"search-result-list\">';
              resultItems.forEach(function (result) {
                searchResultList += result.item;
              })
              searchResultList += "</ul>";
              resultContent.innerHTML = searchResultList;
            }
          }

          if ('auto' === 'auto') {
            input.addEventListener('input', inputEventFunction);
          } else {
            $('.search-icon').click(inputEventFunction);
            input.addEventListener('keypress', function (event) {
              if (event.keyCode === 13) {
                inputEventFunction();
              }
            });
          }

          // remove loading animation
          $(".local-search-pop-overlay").remove();
          $('body').css('overflow', '');

          proceedsearch();
        }
      });
    }

    // handle and trigger popup window;
    $('.popup-trigger').click(function(e) {
      e.stopPropagation();
      if (isfetched === false) {
        searchFunc(path, 'local-search-input', 'local-search-result');
      } else {
        proceedsearch();
      };
    });

    $('.popup-btn-close').click(onPopupClose);
    $('.popup').click(function(e){
      e.stopPropagation();
    });
    $(document).on('keyup', function (event) {
      var shouldDismissSearchPopup = event.which === 27 &&
        $('.search-popup').is(':visible');
      if (shouldDismissSearchPopup) {
        onPopupClose();
      }
    });
  </script>





  

  

  

  
  

  

  

  


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